Ti,C超过饱和固溶铝基复合薄膜的微结构和力学性能

采用Al和TiC靶通过磁控共溅射方法制备了Ti:C≈1的不同Ti和C含量的铝基复合薄膜,研究了Ti和C含量对薄膜微观结构和力学性能的影响.结果表明:Ti和C的共同加入使复合薄膜形成了同时具有置换固溶和间隙固溶特征的"双超"过饱和固溶体,复合薄膜的晶粒尺寸在较低的溶质含量下就迅速减小到100 nm以下,并随溶质含量的增加继续减小.相应地,薄膜的硬度也从纯Al的1.3 GPa迅速提高,在含0.6%(Ti,C)时可达到2.1 GPa,并在含6.4%(Ti,C)时达到最高值7.0 GPa.随溶质含量的进一步提高,复合薄膜逐渐呈现非晶态,硬度也略有降低.研究结果显示了Ti和C双超过饱和固溶对铝基薄膜具有显著的晶粒细化作用和强化效果.

TiB_x/Al超过饱和固溶复合薄膜微结构的三维原子探针研究

通过TiB2和Al共溅射方法制备了约7.1%TiBx(原子分数)的铝基复合薄膜,采用三维原子探针并结合X射线衍射仪、透射电子显微镜和微力学探针表征了薄膜的微结构和力学性能.结果表明,在溅射粒子的高分散性和薄膜生长的非平衡性共同作用下,TiB2靶的溅射粒子以TiBx化合物的形式被超过饱和地固溶于Al的晶格中,Al固溶体晶粒细化为纳米晶并逐步非晶化,薄膜形成了较低溶质含量(约2%TiBx)纳米晶弥散分布于高溶质含量非晶基体中的两相结构并获得高硬度.结合实验结果讨论了超过饱和固溶体薄膜微结构形成的热力学和动力学原因.

磁控溅射(Ti,N)/Al纳米复合薄膜的微结构和力学性能

采用Al和TiN靶通过磁控共溅射方法,制备了一系列Ti:N≈1的不同(Ti,N)含量的铝基纳米复合薄膜,利用X射线能量分散谱仪、X射线衍射仪、透射电子显微镜和纳米力学探针表征了薄膜的成分、微结构和力学性能,研究了(Ti,N)含量对复合薄膜微结构和力学性能的影响.结果表明:Ti,N原子的共同加入使复合薄膜形成了同时具有置换固溶和间隙固溶特征的"双超过饱和固溶体",薄膜的晶粒随着溶质含量的增加逐步纳米化,并进一步形成非晶结构,晶界区域形成溶质原子的富集区.相应地,复合薄膜的硬度在含1.8at.%(Ti,N)时就可迅速提高到3.9GPa;随着TiN含量的增加,薄膜的硬度进一步提高到含17.1at.%(Ti,N)时的8.8GPa.以上结果显示出Ti和N"双超过饱和固溶"对Al薄膜极其显著的强化效果.